一种输出可调的三端稳压电路的设计

李晓江， 贺 艳， 申倩伟， 赵 磊， 穆尉伟

（天津理工大学中环信息学院， 天津 300380）

引言

稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时，仍能保持输出电压恒定的电路。近年来，模拟集成电路设计技术得到了飞速的发展，电路系统结构进一步复杂化，片上系统集成技术已受到学术界及工业界的广泛关注。这对模拟电路基本模块的电压、功耗、精度和速度等，提出了更高的要求。传统的稳压电路结构渐渐难以适应设计需求[1-4]。

1 三端稳压电路的设计

三端可调电压基准电路如图1所示。该电路可以很方便的设定输出电压在2.5～36 V的范围内变化。具有良好的精度和温度稳定性。

图1 三端稳压电路

工作原理：当输入电压增大时导致输出电压增大，这时电路内部通过调整，使流过自身的电流增大，同时使流过限流电阻的电流增大，这样限流电阻上的压降会升高，而输出电压等于输入电压与限流电阻上压降的差值，故而达到稳定输出电压的目的。

输入级和基准：T2、T3、T4等组成了基准电压子电路：VREF=VBEI+VRI+VR3+VBE6。

如果有VBE2=VBE6，得到VR2=VR3，又因为VBE=VTln

Vref就是输出的基准电压。

误差放大：如果VI有一个变化信号，该信号通过采样电阻Rb、Rc分压后，由射极跟随电路T1输出。一路送到了T5的基极，另一路经R1、R2送到了T3、T4的基极。由于R4的负反馈作用，导致T6基极的信号变化比T2基极更为激烈。T6将此信号反相放大后加到了T5的发射极上，这样在T5的发射结上就得到了一个更大幅度的误差信号。T8、T9组成了1∶1的比例电流源，一方面作为T5的有源负载，另一方面，将T5放大后的信号传递到了T10的基极。误差信号也通过R2、R10被T7所放大。由于T5、T7都是反相放大，经过电流镜后，进入T10基极的电流为两个放大后信号之差。但是，由于进入T5的信号经过了T3、T6多级当打，而进入T7的信号则是通过了T2的作用，故T7的输出相对T5为小。这保证了T10的基极能够获得与原误差信号同相并且幅度合适的输入电流。

稳定基准：T6、T7组成了一个差分放大级。其中T6基极为同相输入端，T7为反相输入端。T8、T9组成的电流镜保证了T6、T7的集电极电流的相等。由于R10的存在,当Vbe2=Vbe6时，T7的集电极电流与T9基本相同但略小一点，其差值保证了T10正常工作。

补偿与保护：T4为温度补偿的作用，当温度升高时，T10、T11集电极电流增大，会导致输出电压下降。对于T1，当温度升高时，一方面其输出电流增大，会导致整个基准电路电流增大，基准电压升高。另一方面T4反向电流增大，使T1基极电流减小，同时T10输入电流增大，降低输出电压，达到补偿目的。

2 仿真验证

图2 基准电压特性曲线

图3 温度变化对输出电流的影响

电压稳压特性:对于这样的电压基准芯片，我们最关心的就是它的电压稳压特性。图2中可以看出，输入电压从0变化到40 V区间内，基准电压从2.41 V变化到了2.53 V，误差在0.3%之内，达到了很好的稳定精度。

外界温度对输出电压的影响：图3可以看出当外界温度从0℃上升到70℃的过程中，基准电压只变化了不到0.24 V。

3 结论

本文在分析传统的稳压电路的基础上，设计了一种比较新颖的三端可调稳压电路，该电路利用失调电压设计了高性能的、高精度的稳压电路。仿真结果表明，当选取2.5 V作为输出基准电压时，当输入变化40 V，输出基准仅变化0.12 V；当选取5 V作为输出基准电压时，输入变化40 V，输出基准仅变化0.28 V；当外界温度变化70℃时，输出基准电压进变化0.24 V。

[1]Paul R Gray,Paul J Hurst,Stephen H Lewis,etal.模拟集成电路的分析与设计[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]Phillip E.Allen,Douglas R.Holberg.CMOS Analog Circuit Design Second Edition[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2005.

[3]毕查德.拉扎维.模拟CMOS集成电路设计[M].陈贵灿，程军，张睿智，译.西安：西安交通大学出版社，2003.

[4]朱正涌.半导体集成电路[M].北京：清华大学出版社，1996.